Piastra di supporto all’apparato strumentale

L’apparato strumentale è formato da un controllore e un sensore, alimentati da una fonte esterna come una batteria o nel caso siano collegati via cavo USB a un computer, dal computer stesso.

Per tarare il sensore, valutando le misurazioni di accelerazione e velocità angolare di rotazione e per imporre gli angoli di rotazione voluti è necessario disporre di uno strumento in grado di ruotare e movimentare il sensore nello spazio con precisione e con la possibilità di controllare tutte le variabili in gioco. Non è possibile pensare di muovere manualmente, con precisione, il sistema ed essendo ancora nella fase iniziale di prototipazione della piattaforma, non è possibile nemmeno utilizzarla direttamente per misurazioni “on line” su macchine piegatrici di tubi.

Lo strumento ideale e presente in laboratorio per imporre rotazioni alla velocità desiderata, variazione angolari e anche movimenti traslatori, con completo controllo sui parametri in gioco è una macchina utensile, per la precisione un Tornio a controllo numerico “Mori Seiki NL2000”, in Fig. 4-27 .

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Fig. 4-27 : Tornio “Mori Seiki NL2000” presente nel laboratorio di ingegneria industriale.

Il tornio essendo a controllo numerico è programmabile, per quanto riguarda il mandrino sia in termini di angolo, che di velocità angolare di rotazione. Possono essere imposti angoli fino a 0.001 [°] e velocità angolari di rotazione da un minimo di 0.01 [°/min] pari a 1.66*10^-4 [°/s], fino ad un massimo di diversi migliaia di giri al minuto. Allo stesso modo può essere programmato anche il movimento della torretta porta utensili, questa può traslare in due direzioni e ruotare ad angoli predefiniti multipli di 30[°]; la traslazione della torretta può essere controllata sia in termini di spostamento, con avanzamenti minimi pari a 0.001 [mm] sia in termini di velocità di spostamento con velocità minime pari a 0.001 [mm/min] quindi 1.66*10^-4 [mm/s] e velocità massime pari a 1000 [mm/s] in rapido.

In Fig. 4-28 riportiamo i dettagli del mandrino e della torretta porta utensile.

97 È stato realizzato un supporto, su cui alloggiare la strumentazione di misura, in modo che questa possa essere a sua volta afferrato dal mandrino o dalla torretta porta utensili, per facilitare questa seconda operazione è bene che il cilindro di accoppiamento abbia un diametro di 40 [mm]. Essendo il sensore dotato di 3 assi, la piastra è stata dotata di tre cilindri per l’afferraggio, in modo che tutti e tre gli assi possano essere caratterizzati rimuovendo il supporto dal mandrino e riafferrandolo su un altro punto di presa, senza la necessità di rimuovere il sensore dal supporto per rimontarlo in un'altra posizione con il rischio di danneggiarlo.

Il sensore è alloggiato all’interno di una tasca, in modo che l’MPU-6050 sia centrato sull’origine degli assi idealmente individuati dai tre cilindri di presa, e che i suoi assi di misura siano coincidenti con gli assi di presa del mandrino. In Fig. 4-29 è riportato il modello CAD della piastra.

Mentre due degli assi sono ricavati dal pieno, per lavorazioni di asportazione di truciolo, un terzo asse è ricavato sempre per lavorazione di asportazione, ma da un grezzo diverso e poi fissato sul foro centrale, tramite un bullone M10 e un apposita tasca di centraggio. Sono state previste altre tre tasche di centraggio con annesso foro filettato, per alloggiare questo cilindro mobile in modo che risulti sempre parallelo agli asse del sensore, ma ad una distanza di 30 [mm] per tutti e tre gli assi, in modo da poter più propriamente simulare un processo di piegatura.

Fig. 4-29 : Modello 3D CAD della piastra di supporto al sistema di misura.

Gli altri fori presenti sulla piastra sono stati previsti per alloggiare il microcontrollore Arduino Yún e la batteria di alimentazione . L’utilizzo del tornio a controllo numerico, comporta in realtà alcuni problemi di trasmissione dei dati, non è possibile infatti collegare il sistema ad un computer via cavo USB per due motivi: perché il tornio possa eseguire un programma o una lavorazione la porta deve essere chiusa come misura di sicurezza, inoltre può risultare problematico mantenere un cavo agganciato al controllore se questo viene fatto ruotare a velocità di rotazione elevate o per angoli piuttosto ampi. Per questi motivi il sistema di misura posizionato nella macchina utensile deve essere totalmente indipendente da supporti esterni sia per quanto riguarda l’alimentazione, sia per quanto riguarda la trasmissione dei dati.

Per alimentare il sistema si ricorre ad una batteria esterna modello “Anker ASTRO”, le cui caratteristiche tecniche sono riportato in Fig. 4-30.

98 Capacità 5600 mAh Output DC 5V/ 1A Input 5V/1A Peso 127 g Dimensioni 93x43x22 mm

Fig. 4-30: Batteria “Anker Astro” immagine e caratteristiche tecniche. Utilizzata per alimentare il sistema.

Il supporto finale comprensivo di sensore MPU-6050, controllore Arduino Yún, batteria di alimentazione e cavi per la trasmissione dati tra sensore e controllore è illustrato in Fig. 4-31. La batteria è fissata alla piastra tramite due lamierini metallici sagomati e avvitati sulla base, allo stesso modo la scheda di controllo è avvitata come si vede in figura. Il sensore è fissato all’interno della tasca tramite viti di collegamento, ed è posizionato in modo tale che il piano formato dagli assi x e y dei cilindri di presa della piastra e il piano formato dagli assi x e y del sensore siano coincidenti, per fare ciò il sensore è fissato tramite vite, dato ed alcune rondelle di spessore 0.2 [mm] per portarlo in posizione. Anche l’asse z del sensore deve essere ovviamente centrato con l’asse del cilindro di presa che viene assemblato sulla piastra tramite un bullone M10 passante all’interno del cilindro e inserito nel foro centrale della tasca.

Fig. 4-31 : piastra di supporto, con indicati gli elementi che vi vanno alloggiati.

In Fig. 4-32 e Fig. 4-33 sono riportati alcune immagini della verifica del centraggio, tramite due lamierini sagomati a misura, cosi da verificare la distanza tra il sensore e le pareti della tasca. Ricordo che la piastra è stata lavorata per asportazione di truciolo su una fresa a controllo numerico, con una tolleranza dimensionale sulle varie features pari a 0.05 [mm]. Inoltre non si hanno informazioni sul posizionamento effettivo all’interno del package del sensore degli elementi sensibili corrispondenti ai 3 assi del giroscopio e ai 3 assi dell’accelerometro, non si ha quindi l’assoluta certezza che gli assi di misura siano perfettamente coincidenti con gli assi della

99 piastra, dato che oggettivamente non si conosce l’esatta posizione di questi ultimi all’interno del sensore. È importante comunque effettuare un operazione di centraggio il più possibile accurata, per evitare nella fase di rottura errore od effetti non previsti dovuti al disassamento tra gli assi di misura e gli assi di rotazione.

Fig. 4-32 : Verifica del centraggio del sensore, rispetto alla tasca del supporto.

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